致密砂巖裂縫性潛山油藏基本特征與成藏模式
——以東濮凹陷文明寨地區(qū)中生界裂縫性油藏為例

羅群 (中國石油大學(xué)(北京)非常規(guī)天然氣研究院,北京102249)

楊銀平 (中石油玉門油田分公司勘探開發(fā)研究院,甘肅酒泉735000)

唐敏 (中石油吉林油田分公司勘探開發(fā)研究院,吉林松原138000)

致密砂巖裂縫性潛山油藏基本特征與成藏模式
——以東濮凹陷文明寨地區(qū)中生界裂縫性油藏為例

羅群 (中國石油大學(xué)(北京)非常規(guī)天然氣研究院,北京102249)

楊銀平 (中石油玉門油田分公司勘探開發(fā)研究院,甘肅酒泉735000)

唐敏 (中石油吉林油田分公司勘探開發(fā)研究院,吉林松原138000)

致密砂巖裂縫性潛山油氣藏是一類特殊的油氣藏類型。從構(gòu)造、巖性與物性、巖心裂縫發(fā)育、油氣運(yùn)聚成藏條件等多方面詳細(xì)描述和總結(jié)了東濮凹陷文明寨地區(qū)中生界裂縫性致密砂巖潛山油藏的基本特征,認(rèn)為基底大斷裂控制了潛山的構(gòu)造格局,裂縫與沿其分布的孔洞及其構(gòu)成的縫洞系統(tǒng)是砂巖油藏的輸導(dǎo)體系和儲集空間,油源斷裂、縫洞輸導(dǎo)體系及縫洞型圈閉的發(fā)育與分布是控制砂巖裂縫型潛山油藏形成與分布的主要地質(zhì)因素。東濮凹陷文明寨地區(qū)中生界砂巖裂縫性油藏的成藏模式對華北地區(qū)中生界潛山勘探有重要借鑒作用。

致密砂巖;裂縫性油藏;潛山;中生界;文明寨地區(qū)

裂縫性油藏指儲集空間為裂縫或以裂縫為主的縫洞型油藏,多發(fā)現(xiàn)于碳酸鹽巖地層中,以古生界、太古界潛山為最普遍[1～4],碎屑巖尤其是砂巖裂縫潛山油藏目前比較少見,即使有,其規(guī)模也很小[5～7]。以往普遍認(rèn)為這類砂巖時(shí)代較老 (中生代及以前),成巖程度高,以低孔滲為特征,儲集條件差[8～11],即使發(fā)育裂縫,也由于油氣運(yùn)聚成藏條件的限制,難以形成具有商業(yè)價(jià)值的油氣藏。我國自古生代末以來多上升為陸,形成了一套以砂泥巖互層為特征的中、新生界陸相沉積。華北地區(qū)中生代氣候干燥,形成以紅層為主的地層,生烴條件差,加之儲層 (砂巖碎屑巖)成巖程度高,巖性致密,儲集物性不好。因此,長期以來華北地區(qū)中生界一直被認(rèn)為是非重點(diǎn)勘探領(lǐng)域。東濮凹陷文明寨地區(qū)中生界砂巖油氣勘探的突破,為華北地區(qū)中生界油氣勘探帶來了新的曜光。剖析文明寨地區(qū)中生界裂縫性油藏的基本特征及成藏條件,總結(jié)其成藏與分布規(guī)律,對于打開華北地區(qū)中生界勘探新領(lǐng)域有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 油藏勘探現(xiàn)狀與存在問題

文明寨地區(qū)位于東濮凹陷中央構(gòu)造帶北部,面積約50km2,中生界三疊系為一套紅色或灰紅色砂泥巖沉積地層,巖性致密,孔隙度一般在6%以下。過去,由于中生界砂巖儲層物性差,一直作為兼探層系,2006年以來,先后在文明寨潛山的明470井、明471井,衛(wèi)75潛山的衛(wèi)75-3井、衛(wèi)75-10井、衛(wèi)77-3井等井獲得高產(chǎn)工業(yè)油流,展示該區(qū)中生界良好的勘探前景?？碧脚c研究表明,該區(qū)中生界具有電阻率高、地層厚度較大(約500～700m),與古近系沙河街組(Es)地層呈角度不整合接觸的特點(diǎn)。作為一個(gè)新的勘探領(lǐng)域,其油藏類型是什么,儲集特征怎樣,有什么樣的油氣運(yùn)聚成藏條件,機(jī)理、分布規(guī)律如何?這些均是目前面臨的急需解決的關(guān)鍵問題。

2 致密砂巖裂縫性油藏的基本特征

2.1 構(gòu)造格局與潛山特征

構(gòu)造成圖與分析表明,文明寨地區(qū)中生界頂面起伏較大,NNE向基底大斷裂起控制作用,總體具有東西分帶、南北分塊、壘塹相間的三壘三塹構(gòu)造格局。由東向西發(fā)育受衛(wèi)76斷裂和衛(wèi)77-4斷裂控制的衛(wèi)75地壘(潛山),受明474斷裂和明471斷裂控制的文明寨地壘 (潛山)和受西部兩條東、西傾斷裂控制的文明寨西部地壘(潛山)共3個(gè)中生界潛山(見圖1),其間夾持著3個(gè)地塹帶。其中衛(wèi)75潛山規(guī)模相對較小,向北與文明寨潛山合并,向南逐漸突出并突然消失;文明寨潛山相對狹長,潛山頭較衛(wèi)75潛山高,向南也逐漸消失;文明寨西部潛山相對寬緩。目前已獲得工業(yè)油流的明470井、明471井、衛(wèi)75-3井、衛(wèi)75-4井、衛(wèi)77-4井等井分別位于文明寨潛山和衛(wèi)75潛山之上,所揭示的油氣藏為潛山油氣藏。

圖1 文明寨地區(qū)中生界頂構(gòu)造與潛山分布三維可視圖

1)文明寨潛山 構(gòu)造走向NE向,地層傾向SE向,傾角20°,構(gòu)造高點(diǎn)埋深1980～2240m。頂面構(gòu)造圖面積12km2,初步圈定有利含油范圍2.5 km2。目前有6口井試采,其中,4口老井獲低產(chǎn)油流, 1口新井獲高產(chǎn)油流(明463井),1口新井試油出水。

2)衛(wèi)75潛山 構(gòu)造走向NE向,地層傾向SE向,傾角20°。構(gòu)造高點(diǎn)埋深2540m左右。頂面構(gòu)造圖面積8km2,初步圈定有利含油范圍1.5km2。目前有3口井有試油試采資料,3口新井(衛(wèi)75-10井、衛(wèi)75-3井、衛(wèi)77-3井)獲高產(chǎn)油流。

2.2 潛山油藏的儲層特征

2.2.1 巖性與物性特征

研究區(qū)中生界是一套紅色的砂泥巖沉積,巖心及測試資料表明,中生界儲層巖性主要為含灰質(zhì)的極細(xì)粒到中細(xì)粒長石巖屑砂巖,主要粒徑0.06～0.12mm,膠結(jié)致密,膠結(jié)物主要為方解石,體積分?jǐn)?shù)20%左右。通過對衛(wèi)57井、衛(wèi)77-3井等10口井的13塊巖心樣品進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得知,巖石基質(zhì)孔隙度1%～4%、滲透率0.29～0.45mD,為低孔特低滲儲層,基質(zhì)儲集性能差,難以儲集油氣。

2.2.2 巖心裂縫特征

為了對文明寨地區(qū)中生界儲層特征進(jìn)行深入分析,觀察描述了衛(wèi)77-4井、衛(wèi)77-3井、衛(wèi)472井、衛(wèi)473井4口井的近300余米巖心,發(fā)現(xiàn)砂巖中含有大量天然裂縫,具有以下特征:

1)均為構(gòu)造裂縫,主要發(fā)育于致密砂巖中,縱向上具有明顯的分段性。

2)不同的裂縫,其裂縫的充填物及充填程度差異很大。裂縫充填物主要有泥質(zhì)、方解石、石膏和黃鐵礦及構(gòu)造角礫等5大類;裂縫充填形式有全充填 (多表現(xiàn)為泥質(zhì)、鈣質(zhì)充填)、半充填 (主要表現(xiàn)為結(jié)晶礦物半充填)和未充填3種類型 (見圖2),以前兩種為主,顯然,前兩種有利于石油的聚集。

3)以高角度、近于直立的縫為主,且至少有3組,角度多在65～90°,另外發(fā)育一組低角度層間縫,追蹤層系界面或沿層系界面產(chǎn)生。高角度裂縫長度從幾厘米到幾十厘米,開度從小于1mm至數(shù)厘米,裂縫密度2～6條/10cm,高、低角度裂縫相互穿插、切割,構(gòu)成裂縫網(wǎng)絡(luò)。值得注意的是,許多情況下裂縫不僅以單純的裂縫形式存在,而是沿裂縫發(fā)育一系列直徑2～15mm的孔洞,從而形成從簡單到復(fù)雜的縫洞系統(tǒng)(見圖3),它們具有良好的孔、滲性。沿裂縫分布的孔、洞為沿裂縫滲流的流體溶蝕而成。

4)發(fā)育3種基本類型的縫洞系統(tǒng),即單縫串珠式縫洞系統(tǒng)、多縫平行串珠式縫洞系統(tǒng)和交錯網(wǎng)絡(luò)式縫洞系統(tǒng)(見圖4),其中交錯網(wǎng)絡(luò)式縫洞系統(tǒng)最有利于石油的聚集。

2.2.3 含油性特征

鉆井及試油結(jié)果表明,研究區(qū)油層都發(fā)育于裂縫層段中。巖心觀察也表明,產(chǎn)油層段裂縫發(fā)育,多為高角度縫洞系統(tǒng),含油程度高,多為油浸級別。巖心分析結(jié)果表明,巖石基質(zhì)部分不含油,只有裂縫中有油,石油分布與富集受裂縫發(fā)育程度與分布制約,這都充分說明了文明寨地區(qū)中生界油藏的儲層為砂巖裂縫性儲層,油藏類型為典型的砂巖裂縫性油藏。

圖2 裂縫充填程度巖心照片

圖3 不同情況下的縫洞系統(tǒng)巖心素描圖

圖4 縫洞系統(tǒng)類型巖心照片

3 砂巖裂縫性油藏的成藏特征

目前,研究區(qū)揭示中生界的井有17口,均分布于文明寨潛山、衛(wèi)75潛山兩個(gè)潛山的高部位,其中衛(wèi)75-3井、衛(wèi)75-10井、衛(wèi)77-3井、明462井、明48井、明463井均獲得工業(yè)油流。巖心觀察與裂縫監(jiān)測表明,獲得工業(yè)油流的井均位于裂縫發(fā)育的斷塊圈閉中,因裂縫向四周變得不發(fā)育而將油氣封閉起來,聚集成藏,如衛(wèi)77-4井的中三疊統(tǒng)二馬營組(T2em)油藏、明48井的T2em油藏、衛(wèi)75-3井的T2em油藏和明471井的T2em油藏等。

3.1 裂縫性油藏成藏條件及其主控地質(zhì)因素分析

文明寨地區(qū)中生界由于控制潛山的邊界斷裂斷距較大,導(dǎo)致地塹中的沙河街組三段 (Es3)成熟生油巖與地壘中的潛山構(gòu)造大面積接觸,控制潛山邊界的大斷裂,尤其是潛山下傾方向 (東側(cè))與Es3烴源巖大面積接觸的斷裂成為潛山油氣藏主要的油源斷裂。上傾方向的潛山內(nèi)部一旦有縫洞系統(tǒng)與下傾方向的油源斷裂溝通,下傾方向的Es3成熟烴源巖排出的油氣將通過潛山東側(cè)油源斷裂進(jìn)入潛山內(nèi)部的斷裂-裂縫-孔洞系統(tǒng),并沿該系統(tǒng)向上傾方向運(yùn)聚,最終聚集在受縫洞控制的潛山內(nèi)部縫洞型圈閉之中,形成裂縫性油氣藏。目前發(fā)現(xiàn)的衛(wèi)77-3井、衛(wèi)75-10井等油氣藏均屬于這種類型的油氣藏。

圖5是過明91井-明462井-衛(wèi)77-3井的潛山油藏油氣運(yùn)聚成藏特征圖,反映了衛(wèi)77-3井T2em潛山油藏與明462井T2em潛山油藏的成藏規(guī)律。衛(wèi)77-3井為一口滾動井,在2945.5～3019.1m的(二馬營組二段-三段(T2em2-3)裂縫段日產(chǎn)油36.2t,累計(jì)產(chǎn)油299.5t。由圖5可知,衛(wèi)77-3井油藏為上傾方向被反向斷層遮擋,下傾方向有順向斷層與Es3烴油源接觸,潛山內(nèi)部存在連接裂縫型圈閉與油源斷裂的裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),構(gòu)成了下傾反向油源斷裂溝通古近系烴源巖,排出的成熟油氣進(jìn)入潛山,沿潛山內(nèi)部斷裂-裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向上傾方向運(yùn)移,最終聚集在上傾方向的裂縫性圈閉之中或聚集在受上傾方向反向斷層遮擋的裂縫型圈閉之中,形成了衛(wèi)77-3井的T2em裂縫油藏。

圖5 過明91井-明462井-衛(wèi)77-3井潛山油藏油氣運(yùn)聚成藏特征圖

明462井位于文明寨潛山北部,在2388.9～2392m的二馬營組一段(T2em1)裂縫性儲層中獲日產(chǎn)8t工業(yè)油流,發(fā)現(xiàn)了明462井T2em1裂縫性油藏,其成藏條件與衛(wèi)77-3井T2em裂縫油藏類似,即潛山下傾方向與烴源巖大面積接觸的潛山邊界斷裂作為油源斷裂,上傾方向反向斷裂可作為遮擋斷裂,潛山內(nèi)部斷裂-裂縫-孔洞網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)作為油氣運(yùn)移疏導(dǎo)通道,由下傾方向油源斷裂進(jìn)入的古近系成熟油氣在潛山內(nèi)部斷裂-裂縫-孔洞網(wǎng)絡(luò)疏導(dǎo)體系作用下向上傾方向 (低勢區(qū))運(yùn)移,最終聚集在反向斷裂遮擋的裂縫型圈閉之中或在裂縫-孔洞型圈閉之中聚集成藏。

其他油藏的成藏特征都與明462井、衛(wèi)77-3井的油藏十分相似。由此可見,控制文明寨地區(qū)中生界砂巖裂縫性油藏形成與分布的主要地質(zhì)因素有3個(gè):一是潛山下傾方向Es3烴源巖的油源充足程度;二是潛山下傾方向與Es3油源大面積接觸的油源斷裂及其與潛山內(nèi)部裂縫-孔洞輸導(dǎo)層體系的暢通程度;三是潛山內(nèi)部與油源斷裂-縫洞輸導(dǎo)層體系連通的縫洞型圈閉的分布與發(fā)育程度。

3.2 裂縫性油藏成藏模式

通過剖析具體裂縫性油藏的成藏條件,總結(jié)出文明寨地區(qū)中生界砂巖裂縫性油氣藏的成藏過程和成藏模式為:潛山下傾方向 (東側(cè))Es3成熟烴源巖中生排出的油氣通過潛山下傾方向的油源斷裂 (下盤為Es3成熟烴源巖 (油氣供給體系)、上盤為中生界多組裂縫交叉形成的裂縫-孔洞系統(tǒng)的潛山地層)進(jìn)入潛山,在浮力和超壓作用下沿?cái)嗔?裂縫-孔洞構(gòu)成的輸導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)體系繼續(xù)往潛山高部位的低勢區(qū)運(yùn)移,最終聚集在由斷裂-裂縫-孔洞構(gòu)成的儲集空間 (縫洞型圈閉)中形成裂縫性油氣藏,從而形成了一個(gè)由地塹中古近系烴源巖構(gòu)成的油氣供給體系、下傾方向潛山邊界斷裂與潛山內(nèi)部斷裂-裂縫-孔洞構(gòu)成的油氣輸導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)體系和潛山內(nèi)部上傾方向 (低勢區(qū))裂縫-孔洞系統(tǒng)構(gòu)成的油氣聚集體系共3個(gè)時(shí)空匹配優(yōu)越的致密砂巖裂縫性油氣成藏體系(見圖6)。油氣成藏的關(guān)鍵是潛山下傾方向油氣供給體系的油源是否充足、斷裂裂縫-孔洞輸導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)體系是否暢通、與之溝通的縫洞儲集體 (裂縫型或縫洞型圈閉)是否發(fā)育。

圖6 文明寨地區(qū)中生界砂巖裂縫性油藏成藏模式

4 結(jié)論

1)文明寨地區(qū)中生界構(gòu)造受NNE向基底大斷裂控制,總體具有東西分帶、南北分塊、壘塹相間的三壘三塹的構(gòu)造格局,奠定了文明寨潛山、衛(wèi)75潛山的形成與分布。

2)文明寨地區(qū)中生界儲層主要為含灰質(zhì)的極細(xì)粒到中細(xì)粒長石巖屑砂巖,致密堅(jiān)硬,低孔特低滲,本身難以儲集油氣。

3)文明寨地區(qū)中生界儲層的儲集空間為構(gòu)造成因的高角度裂縫和沿其分布的孔洞,主要發(fā)育于致密砂巖中,多組沿縫發(fā)育的縫洞相互交叉、切割,構(gòu)成單縫串珠式、多縫平行串珠式和交錯網(wǎng)絡(luò)式等3種縫洞系統(tǒng),其中交錯網(wǎng)絡(luò)式縫洞系統(tǒng)最有利于石油的聚集。

4)潛山下傾方向Es3烴源巖的油源充足程度、潛山下傾方向與Es3油源大面積接觸的油源斷裂及其與潛山內(nèi)部裂縫-孔洞輸導(dǎo)層體系的暢通程度、潛山內(nèi)部與油源斷裂-縫洞輸導(dǎo)層體系連通的縫洞型圈閉的分布與發(fā)育程度是控制文明寨地區(qū)中生界砂巖裂縫性油藏形成與分布的主要地質(zhì)因素。

5)潛山下傾方向成熟烴源巖中生排出的油氣通過油源斷裂進(jìn)入潛山,在浮力和超壓作用下沿?cái)嗔?裂縫-孔洞構(gòu)成的輸導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)體系繼續(xù)往潛山高部位的低勢區(qū)運(yùn)移,最終聚集在由裂縫-孔洞構(gòu)成的儲集空間 (縫洞型圈閉)中形成裂縫性油氣藏,是文明寨地區(qū)中生界砂巖裂縫性油藏形成的基本規(guī)律。

6)文明寨地區(qū)中生界砂巖裂縫性油藏成藏模式對于東濮凹陷及華北地區(qū)類似地質(zhì)條件的中生界潛山砂巖裂縫性油藏的勘探具有重要的借鑒意義。

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[編輯] 龔丹

TE122.3

A

1000-9752(2014)03-0041-05

2013-06-09

中國石油天然氣股份有限公司 “十二五”科技重大專項(xiàng) (2012E-3301)。

羅群(1963-),男,1986年中國地質(zhì)大學(xué) (武漢)畢業(yè),博士 (后),副教授,現(xiàn)主要從事盆地構(gòu)造分析、常規(guī)與非常規(guī)油氣成藏機(jī)理與資源評價(jià)研究工作。